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文献综述

卧式容器三鞍座结构设计方法综述

1前言

鞍座是卧式容器最常用的一种支座形式。随着石油化工行业的发展,卧式圆筒型容器越来越趋于大型化,传统的两鞍座支撑已经满足不了其设计要求[1]随着大直径长圆筒形容器焊后热处理工艺成熟，大量圆筒形容器在采用自动焊接和焊后热处理之后有效地控制了焊接质量，防止了容器在使用中产生裂缝，故近年来大型卧式圆筒形容器有了增加的趋势[2],此外一些大型塔器在制造过程中，处于卧式状态时也常常使用多个临时鞍座支撑，由于计算方法较繁琐。所以很多制造厂的技术人员常常并未对此进行计算校核，而是凭借经验设置临时鞍座[3]，本文对多鞍座的的常用计算方法进行简介

2多鞍座的应用

依据经典力学理论，大型多鞍座卧式容器可以简化为梁模型，对于梁而言，当梁的支点越多时，在梁内产生的应力越小，故鞍座数目的增加可以有效地降低卧式容器的应力，但在实际工程中，卧式容器往往设计成双鞍座的型式。这是因为当鞍座过多时，卧式容器的梁模型变成一个受多点约束的梁，属于材料力学中的超静定问题，同时由于多鞍座卧式容器总长较长，其放置地面的水平度必然不相同，并且由于加工制造能力的限制导致壳体的加工误差以及由于设备的长时间运行导致不同鞍座之间的沉降度不同等原因均会影响鞍座处的应力分布。在实际的工程中，很难避免以上的各种误差，故当卧式容器采用多鞍座时并没有理论上希望的很大优越性，反而可能影响设备的正常运行。但是，由于石油化工设备的大型化，两鞍座卧式容器鞍座之间的距离不断增大，导致筒体的跨中产生较大的弯曲应力。因此，对于大型的卧式容器，不得不采用更多的鞍座作为容器的支撑[4]

3多鞍座卧式容器设计方法概述

随着型多鞍座卧式容器的广泛使用，越来越多的设计人员开始研究多鞍座容器的设计方法，故其设计方法不断完善，当今大多数标准以及算法对于鞍座的设计计算方法均是基于zick在1951年提出的半经验的分析方法，即将双鞍座的压力容器简化为双支点同时承受均布载荷的外伸梁[5-6]

Lpzick于1951年提出的设计方法只适用于双鞍座卧式容器，虽然zick对其方法在1971年进行了完善，但是zick的设计方法依然有很多局限。很多多鞍座卧式容器的研究一直在进行，随着ASME[7]国外相关标准的快速发展，端坐卧式容器的实际标准在近几年才逐渐发展起来，EN13445《非直接受火压力容器》[8]提出了多鞍座卧式容器的设计方法，其虽然较完善但是只适用于鞍座均匀分布的状况，并没考虑到地基不均匀沉降的影响，HG20582-2011《钢制化工容器强度计算标准》多鞍座卧式容器的设计方法，其主要参考欧盟标准编写，但是两种标准的设计方法均针对载荷以及鞍座均匀的多鞍座卧式容器，在实际工程中，由于工艺的要求，卧式容器的载荷以及鞍座往往不是均匀分布的，故以上标准有局限性[9]，我国今年来比较成熟的方法是先将多鞍座卧式容器看作是一个超静定的梁，考虑其承受均匀载荷，利用材料力学的三弯矩理论来计算支反力以及力矩，再根据JB/T4731-2005《钢制卧式容器》[10]进行校核

4有限元方法和经典力学概述及其比较